一、引言
据统计,我国的
单片机年容量已达1-3亿片,且每年以大约16%的速度增长,但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。这说明单片机应用在我国才刚刚起步,有着广阔的前景。培养单片机应用人才,特别是在工程技术人员中普及单片机知识有着重要的现实意义。
当今单片机厂商琳琅满目,产品性能各异。针对具体情况,我们应选何种型号呢?首先,我们来弄清两个概念:集中指令集(CISC)和精简指令集(RISC)。采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用,即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富,功能较强,但取指令和取数据不能同时进行,速度受限,价格亦高。采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离,即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同时进行,且由于一般指令线宽于数据线,使其指令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息,执行效率更高,速度亦更快。同时,这种单片机指令多为单字节,程序存储器的空间利用率大大提高,有利于实现超小型化。属于CISC结构的单片机有Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列等;属于RISC结构的有Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。一般来说,控制关系较简单的小家电,可以采用RISC型单片机;控制关系较复杂的场合,如通讯产品、工业控制系统应采用CISC单片机。不过,RISC单片机的迅速完善,使其佼佼者在控制关系复杂的场合也毫不逊色。
根据程序存储方式的不同,单片机可分为EPROM、OTP(一次可编程)、QTP(掩膜)三种。我国一开始都采用ROMless型单片机(片内无ROM,需片外配EPROM),对单片机的普及起了很大作用,但这种强调接口的单片机无法广泛应用,甚至走入了误区。如单片机的应用一味强调接口,外接I/O及存储器,便失去了单片机的特色。目前单片机大都将程序存储体置于其内,给应用带来了极大的方便。值得一提的是,以往OTP型单片机的价格是QTP的3倍,而现在已降至1.5-1.2倍,选用OTP型以免订货周期、批量的麻烦是可取的。
二、PIC系列单片机有什么优势?
自从我95年接触PIC单片机以来,便一直热衷于这种单片机的开发与应用。有不少朋友问我:PIC到底有什么优势?也许你也会有这样的疑问,所以我在这里略谈几点自己的看法。
1) PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积,而是从实际出发,重视产品的性能与价格比,靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言,不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。比如,一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机,若采用40脚且功能强大的单片机,投资大不说,使用起来也不方便。PIC系列从低到高有几十个型号,可以满足各种需要。其中,PIC12C508单片机仅有8个引脚,是世界上最小的单片机,如图1所示:
图1 PIC12C508单片机外型
该型号有512字节ROM、25字节RAM、一个8位定时器、一根输入线、5根I/O线,市面售价在3-6元人人民币。这样一款单片机在象摩托车点火器这样的应用无疑是非常适合。PIC的高档型号,如PIC16C74(尚不是最高档型号)有40个引脚,其内部资源为ROM共4K、192字节RAM、8路A/D、3个8位定时器、2个CCP模块、三个串行口、1个并行口、11个中断源、33个I/O脚。这样一个型号可以和其它品牌的高档型号媲美。
2) 精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构,数据总线和指令总线分离的哈佛总线(Harvard)结构,使指令具有单字长的特性,且允许指令码的位数可多于8位的数据位数,这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比,可以达到2:1的代码压缩,速度提高4倍。
3) 产品上市零等待(Zero time to market)。采用PIC的低价OTP型芯片,可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。
4) PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指标,象普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号,其实时性不尽理想。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片,所有的开发系统由专用的仿真芯片支持,实时性非常好。就我个人的经验看,还没有出现过仿真结果与实际运行结果不同的情况。
5) 其引脚具有防瞬态能力,通过限流电阻可以接至220V交流
电源,可直接与继电器控制电路相连,无须光电耦合器隔离,给应用带来极大方便。
6) 彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码,用户在烧入代码后熔断熔丝,别人再也无法读出,除非恢复熔丝。目前,PIC采用熔丝深埋工艺,恢复熔丝的可能性极小。
7) 自带看门狗定时器,可以用来提高程序运行的可靠性。
8) 睡眠和低功耗模式。虽然PIC在这方面已不能与新型的TI-MSP430相比,但在大多数应用场合还是能满足需要的。
PIC系列单片机程序设计基础
1、程序的基本格式
先介绍二条伪指令:
EQU ——标号赋值伪指令
ORG ——地址定义伪指令
PIC16C5X在RESET后指令计算器PC被置为全“1”,所以PIC16C5X几种型号芯片的复位地址为:
PIC16C54/55:1FFH
PIC16C56:3FFH
PIC16C57/58:7FFH
一般来说,PIC的源程序并没有要求统一的格式,大家可以根据自己的风格来编写。但这里我们推荐一种清晰明了的格式供参考。
TITLE This is …… ;程序标题
;--------------------------------------
;名称定义和变量定义
;--------------------------------------
F0 EQU 0
RTCC EQU 1
PC EQU 2
STATUS EQU 3
FSR EQU 4
RA EQU 5
RB EQU 6
RC EQU 7
┋
PIC16C54 EQU 1FFH ;芯片复位地址
PIC16C56 EQU 3FFH
PIC16C57 EQU 7FFH
;-----------------------------------------
ORG PIC16C54 GOTO MAIN ;在复位地址处转入主程序
ORG 0 ;在0000H开始存放程序
;-----------------------------------------
;子程序区
;-----------------------------------------
DELAY MOVLW 255
┋
RETLW 0
;------------------------------------------
;主程序区
;------------------------------------------
MAIN
MOVLW B‘00000000’
TRIS RB ;RB已由伪指令定义为6,即B口
┋
LOOP
BSF RB,7 CALL DELAY
BCF RB,7 CALL DELAY
┋
GOTO LOOP
;-------------------------------------------
END ;程序结束
注:MAIN标号一定要处在0页面内。
2、程序设计基础
1) 设置 I/O 口的输入/输出方向
PIC16C5X的I/O 口皆为双向可编程,即每一根I/O 端线都可分别单独地由程序设置为输入或输出。这个过程由写I/O 控制寄存器TRIS f来实现,写入值为“1”,则为输入;写入值为“0”,则为输出。
MOVLW 0FH ;0000 1111(0FH)
输入 输出
TRIS 6 ;将W中的0FH写入B口控制器,
;B口高4位为输出,低4位为输入。
MOVLW 0C0H ; 11 000000(0C0H)
RB4,RB5输出0 RB6,RB7输出1
2) 检查寄存器是否为零
如果要判断一个寄存器内容是否为零,很简单,现以寄存器F10为例:
MOVF 10,1 ;F10→F10,结果影响零标记状态位Z
BTFSS STATUS,Z ;F10为零则跳
GOTO NZ ;Z=0即F10不为零转入标号NZ处程序
┋ ;Z=1即F10=0处理程序
3) 比较二个寄存器的大小
要比较二个寄存器的大小,可以将它们做减法运算,然后根据状态位C来判断。注意,相减的结果放入W,则不会影响二寄存器原有的值。
例如F8和F9二个寄存器要比较大小:
MOVF 8,0 ;F8→W
SUBWF 9,0 ;F9—W(F8)→W
BTFSC STATUS,Z ;判断F8=F9否
GOTO F8=F9
BTFSC STATUS,C ;C=0则跳
GOTO F9>F8 ;C=1相减结果为正,F9>F8
GOTO F9<
F9 ;C=0相减结果为负,F9<F8
┋
4) 循环n次的程序
如果要使某段程序循环执行n次,可以用一个寄存器作计数器。下例以F10做计数器,使程序循环8次。
COUNT EQU 10 ;定义F10名称为COUNT(计数器)
┋
MOVLW 8
MOVWF COUNT LOOP ;循环体
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